165415. lajstromszámú szabadalom • Berendezés egyenletes gázelosztáshoz gázok által sugárirányban átjárt katalizátorrétegekben
165415 nyú áramlást mindenekelőtt a csekély nyomásveszteségre való tekintettel választják. Katalizátorrétegeken sugárirányban történő gázátvezetésnél abban az esetben, ha belülről kifelé mutató áramlási irányt tartanak fenn, a gázbelépés a rétegbe egy központosán elhelyezett, gázáteresztő falakkal ellátott, úgynevezett központi csövön keresztül történik, amelyet a drága nagynyomású térre való tekintettel a lehető legszűkebbre kell méretezni. Ezért a legtöbb esetben e cső olyan palástfelülettel rendelkezik, amely keresztmetszeti felületének többszörösét teszi ki. Ez a cső a gázbelépéssel szemben levő végén gázmentesen le van zárva. A gáz a katalizátorrétegen való áthaladás után egy — a központi csővel — koncentrikus, gázáteresztő falon keresztül hagyja el a katalizátorágyat. A gázt egy e fel, valamint a reaktorbetétfal közötti gyűrű alakú résen vezetik el, mimellett ez a gázelvezetés szerkezeti okokból többnyire a gáznak központi csőbe való belépésével ellenkező irányban történik. A gáznak az ily módon elrendezett katalizátorrétegeken sugárirányban való átáramlásnál kiderült, hogy egy esetleges járatképződéstől eltekintve, önmagában véve, egyenlőtlen gázáramlás jön létre a katalizátorrétegekben, mimellett meglepő módon a katalizátorréteg azokban a részeiben észlelhető a legnagyobb áramlási sűrűség, amelyek a gázbelépéshez a legtávolabb helyezkednek el, míg a katalizátorréteg azon részeiben, amelyek a gázbelépéshez legközelebb fekszenek, csak nagyon kevés gáz áramlik keresztül a katalizátorrétegen. Ennek az egyenlőtlen áramlásnak a következménye a katalizátor — és ezzel a nagynyomású tér — rossz kihasználásában jelentkezik, ami ezenfelül arra vezet, hogy a gáz által erősen átjárt részekben a katalizátor korábban kimerül, mint a gyengébben átjárt részekben. Végül a reaktorban levő katalizátor redukciójának az időtartama, amely a katalizátor károsodása nélkül önmagában lehetséges, viszonylag meghosszabbodik, mivel a katalizátor a rétegnek a gáz által gyengén átjárt részeiben csak nagyon lassan redukálódik. Azt találtuk, hogy teljesen egyenletes gázáramlás megy végbe a gázok által belülről kifelé átjárt katalizátorrétegek minden részében, ha a gázátlépésre szolgáló szabad felületet oly módon úgy alakítjuk ki, hogy ez a katalizátorrétegnek a gázbelépéshez legközelebb levő részeiben jóval nagyobb, mint a katalizátorréteg többi részében. A találmány tárgya berendezés egyenletes gázelosztás elérésére katalitikus, hőfejlődéssel járó, nagynyomású szintézisekre — előnyösen ammóniaszintézisre — szolgáló reaktoroknak gázok által sugárirányban átjárt katalizátorrétegeiben, ahol ezekbe a katalizátorrétegekbe egy gázáteresztő fallal ellátott, a belépési oldallal ellenkező oldalon gázzáróan tömített központi csőből gázt áramoltatunk, melyet, miután a katalizátorrétegen és az ezt körülvevő gázáteresztő falon áthaladt, e falat körülvevő körkörös résen a gázbelépéssel ellenkező irányban elvezetjük, és amely berendezés két koncentrikus, gázáteresztő körkörös lemezből, valamint a lemezeket lezáró fenék- és fedőrész között elhelyezett katalizátorrétegből áll, mimellett a belső körkörös 5 lemezen belül levő tér az egyik végén egy gázelvezető nyílással van ellátva, a másik végén pedig gázzáróan le van zárva, és a külső körkörös lemez a katalizátort bezáró reaktorköpennyel egy körkörös rést alkot, amely a gáz-10 belépő nyílással ellenkező oldalon egy gázkivezető nyílással van ellátva. A berendezés lényege az, hogy a koncentrikus körkörös lemez belseje egyenletes eloszlásban kerek, szögletes, rés alakú vagy hasonló — nyílásonként legfeljebb 15 1 cm2 felületű — nyílásokkal rendelkezik, mimellett a belső körkörös lemez összfelületének a legfelső negyedében e nyílások felülete cm2 -ként 10—25-szerese azon nyílások cm2 -re számított felületének, amelyek a belső körkörös lemez 20 összfelületének további 3/4 részében vannak, továbbá a nyílások a koncentrikus körkörös lemezek külsején egyenletesen vannak elosztva, és ezek cm2 -kénti felülete egyenlő a belső körkörös lemez első negyedében levő cm2 -kénti nyílá-25 sok felületével. Ugyancsak célszerű a katalizátorréteg első negyedéhez csatlakozó második réteget még egy nagyobb átáramlási felülettel ellátni avégett, hogy a gáznak a katalizátorágy csekélyebb át-30 járására irányuló, még ezen a helyen is fennálló törekvését kiegyenlítsük. Célszerűen a felületegységre számított szabad felületnek, amely a gáznak a katalizátorba való átlépésére szolgál, a katalizátorréteg magasságának ebben a máso-35 dik negyedében az első negyedben levő felületegységenkénti szabad felület körülbelül 1/8— 1/10-ének kell lennie, mimellett ezt a nagyságot az egész negyedben egyenletesen megtartjuk. Különösen kedvező azonban e negyeden belül a 4Q felületet a gázáramlás irányában állandóan csökkenteni, így az első negyed szabad felületének 1/8—1/10-ét kitevő értéke egy átlagértéket képvisel. A katalizátorréteg harmadik és negyedik ne-45 gyedében a felületegységre számított szabad felületet úgy állapítjuk meg, hogy az első negyed felületegységre számított szabad felületének 1/15 —1/20-a legyen. A beáramlásra szolgáló szabad felület korlá_„ tozását a legjobban vagy a központi cső gázáteresztő falában, vagy a katalizátorágy külső felületét határoló gázáteresztő falban levő nyílások megfelelő fokozatos csökkentése útján érjük el. Ezt a korlátozást természetesen a katalizátor szemcsenagyságának a katalizátorréteg felső és alsó részeiben történő megfelelő változtatásával is elérhetjük, mindenekelőtt abban az esetben, ha nagy keresztmetszetű katalizátorágyról van szó. Feltételezzük, hogy az egyenlőtlen gázáramlást mindenekelőtt a gáz abbeli tehetetlensége okozza, hogy az áramlási irányt megváltoztassa, emellett azonban más tényezők, így például a központi csőben lent és a gyűrű alakú résben 65 fent kialakuló torlónyomás is szerepet játszhat-55 60
